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不沾雨水!中国科大发明“电响应型自清洁智能窗”

发布时间:2021-06-06

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近日,我校精密仪器系李家文(0809)副教授与吴东教授领导的研究小组研发出一种具有双重功能的电响应型自清洁表面,该研究对于多功能材料及器件的开发有着重要的启示作用。

智能窗,顾名思义:一种透光度可在“模糊”与“清晰”之间进行可逆转换的智能窗口材料(视频1)。发展智能窗口材料及器件在个人隐私防护及智能天窗等领域具有重要意义。

视频1:智能窗-模糊/透明状态的可逆转换


最近,中国科大精密仪器系李家文副教授与吴东教授领导的研究小组,通过赋予传统智能窗口以优异的斥液功能,研发出一种具有双重功能的电响应型自清洁表面,无论是水滴还是其他典型液滴,都可在超低电压刺激下从钉扎状态转变为滚动滑落,与此同时其透光度也会由“模糊”变为“透明”(视频2)。

视频2:不沾雨水的智能表面


自然界总是给人们以诸多灵感,猪笼草之所以能够轻易诱捕昆虫,皆因其具有神奇的表界面,即在其多孔的固/气界面“插入”了一层液体,通过降低其表界面摩擦阻尼系数,从而限制了猎物“逃脱”。受此启发,他们利用激光程序化扫描诱导具有微纳米复合结构的超疏水微柱阵列。随后,通过热旋涂法,经流平、冷缩等过程将石蜡灌注上述结构。进一步地,利用凝胶键合法植入了超柔且透明的银纳米线薄膜加热器,成功制备了一种原位电响应型超滑表面。通过原位加载/卸载电压控制润滑层相变温度,即可完成液滴的粘附/脱附以及光线的模糊/透过。

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图A为电响应超滑表面的加工工艺,图B-G是对应的表征与电子图片,

图H和I分别是加载电压前后的透光性与表面粘附性对比照片


基于此,研究者通过概念验证的方法,利用该制动器实现了室内温度管理以及光学可视化编程等应用展示。

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图A为制动器用于温度管理概念图,图B是概念验证自搭建装置示意图,

图C和D对应加载电压前后透光率及实测温度曲线,图E为利用并联制动器实现光学编码。


该研究的最大意义在于,通过快速的激光直写、石蜡灌注、柔性银纳米线薄膜加热器集成,制备出原位电激发、便携化、适用于二维/三维的双重功能制动器,对于多功能材料及器件的开发有着重要的启示作用。

该论文的作者为中国科学技术大学精密仪器系陈超副研究员(9709),该论文得到国家自然科学基金、中央高校青年创新基金、中国博士后基金以及墨子杰出青年基金等项目的支持。


注:作者简介

李家文,博士、副教授、硕士生导师。2011年获中国科学技术大学测试计量技术及仪器专业博士学位,2011年至2013年为中国科学技术大学博士后,2015年至2016年为美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)纳米工程系访问学者,现为工程科学学院精密机械与精密仪器系教师。研究方向为飞秒激光加工技术、三维生物打印技术及应用、微纳功能表面及功能器件、结构色机理及加工方法。

吴东,博士、中国科学技术大学教授、博士生导师。2010年于吉林大学大学获微电子学与固体电子学博士学位,2011年在日本理化学研究所做博士后,2014年6月加入中国科学技术大学精密机械与精密仪器系任教授。现主要研究方向为基于激光技术的三维可控微结构与功能性器件制备研究、微纳光学器件的加工与集成技术。

陈超,1997年至2002年于中国科大工程科学学院精密机械与精密仪器系获得学士学位,2002年至2005年获得硕士学位,现为中国科学技术大学精密机械与精密仪器系特任副研究员。